一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法

1.本发明涉及人机交互领域，具体为一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法。


背景技术：

2.传统的外观设计方法一般用于二维设计对象与结构简单的三维设计对象。当涉及较复杂的三维产品外观设计时，生成式方法为了产生足够的解决方案通常需要对设计空间进行更彻底和详细的探索。这意味着更高的计算成本与更长的设计时间，增加了设计师的设计疲劳感，从而影响了交互效率与结果质量。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明解决了如何实现三维复杂产品的外观多样性的参数化建模方法的问题，以及在生成多样性解的同时保证设计效率与降低设计难度。
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法包括如下步骤：
5.步骤1：选定设计对象，建立符合外观特征的参数化三维模型；
6.步骤2：定义外观多样性的设计空间；
7.步骤3：通过采样技术在设计空间中生成样本集；
8.步骤4：建立外观局部特征与设计参数的关联机制；
9.步骤5：通过生成式交互流程得到最终设计方案。
10.优选的，步骤2具体操作如下：
11.步骤2.1：将建模设计的参数划分为常量参数与变量参数；
12.步骤2.2：将常量参数舍弃，保留变量参数，保留的变量参数之间是相互独立的；
13.步骤2.3：定义变量参数的取值范围，保证变量参数的取值是可行的并处于合理的范围内；所述变量参数与其对应的取值范围，组成了设计对象的外观多样性的设计空间。
14.优选的，步骤3包括如下步骤：
15.步骤3.1：步骤2.3中得到的所述设计空间，在变量参数的取值范围内，通过拉丁超立方采样的方法生成大量的采样点，这些采样点代表了不同的参数化设计方案；
16.步骤3.2：根据得到的采样点，借助三维绘图软件绘制对应的三维模型，这样每一个三维模型都对应了一组具体的变量参数。
17.优选的，步骤4的操作步骤如下：
18.步骤4.1：根据设计对象，定义并筛选出若干个具有代表性的外观局部特征，这些外观局部特征需要满足：随着变量参数的变化会有明显的视觉差异、不会受其他特征变化的影响、便于理解；
19.步骤4.2：根据定义的若干个外观局部特征，建立1～10分的打分机制，将外观局部特征的视觉效果转化为具体的值，量化特征的视觉差异；
20.步骤4.3：邀请多位业人员参与问卷调查，问卷形式为：将所述步骤3.2中建立的三
维模型展示给问卷调查参与者，问卷调查参与者通过所述步骤4.2的打分机制对三维模型的所述若干个外观局部特征进行打分，记录并统计各三维模型的所述外观局部特征的得分；
21.步骤4.4：通过灰度关联分析的方法，将所述步骤4.3中得到的三维模型的外观局部特征得分与三维模型对应的变量参数建立关联，设置关联度阈值，得到影响每个所述外观局部特征的变量参数，至此，每一个所述外观局部特征的关联参数都已明确。
22.优选的，所述步骤5包括如下步骤：
23.步骤5.1：根据关联参数的数量，将所述外观局部特征进行排序；
24.步骤5.2：通过拉丁超立方采样生成一组采样点并建立对应的三维模型作为初始集；
25.步骤5.3：在所述步骤5.2的初始集中选择一个较为满意的采样点作为候选解；
26.步骤5.4：按照所述步骤5.1中的排序，依次选择所述候选解需要更改变化的外观局部特征；
27.步骤5.5：针对选中的第一个外观局部特征，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解作为中心，改变第一个外观局部特征对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集，在生成的候选集中选择一个较为满意的采样点作为新的候选解；
28.步骤5.6：同所述步骤5.5，依次处理选中的需要更改变化的外观局部特征，最后得到的候选解即为最终设计方案。
29.本发明提供了一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法。具备以下有益效果：
30.1、本发明通过将外观局部特征与变量参数关联，降低了设计空间的维度，实现了复杂高维度参数化设计的降维，简化了设计过程，提升了设计效率。
31.2、本发明采用交互式与生成式结合的设计方法，在保证设计结果多样性的同时，即使是非专业的设计人员也可以通过自己的探索得到满意的外观设计方案。
附图说明
32.图1是本发明技术路线的示意图；
33.图2是本发明的一个较佳实施例的鼠标外观参数化三维模型示意图；
34.图3a、图3b、图3c、图3d是本发明的一个较佳实施例的鼠标外观参数化三维模型涉及变量参数示意图；
35.图4是本发明的一个较佳实施例的鼠标外观局部特征的打分示例示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.本实施例以鼠标为例，提供了一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
38.步骤1：选定鼠标作为设计对象，建立符合鼠标外观特征的参数化三维模型，如图2所示，根据鼠标参数化三维模型的构造曲线，定义与罗列鼠标模型搭建所涉及的参数，如图3a、图3b、图3c、图3d所示；
39.步骤2：定义鼠标外观多样性的设计空间，具体包括如下步骤：
40.步骤2.1：鼠标的建模共涉及一百多个参数，将这些参数划分为常量参数与变量参数；
41.步骤2.2：将常量参数舍弃，保留变量参数共计31个，保留的变量参数之间是相互独立的；
42.步骤2.3：定义变量参数的取值范围如表1所示，变量参数在该范围内的取值都是合理的，不会产生不可行的设计方案，保留下来的31个变量参数与其对应的取值范围，组成了鼠标外观多样性的设计空间；
43.表1变量参数及取值范围。
44.45.步骤3：通过采样技术在设计空间中生成样本集，具体包括如下步骤：
46.步骤3.1：根据确定的31维设计空间，通过拉丁超立方采样生成800个采样点；
47.步骤3.2：根据得到的采样点，借助三维绘图软件solidworks的宏功能快速绘制对应的三维模型，这样每一个三维模型都对应了一组具体的变量参数。
48.步骤4：建立鼠标外观局部特征与设计参数的关联机制，具体包括如下步骤：
49.步骤4.1：根据鼠标的外观特点，定义10个具有代表性的外观局部特征，包括：“前端高度”、“尾端高度”、“前端两侧延展度”、“尾端两侧延展度”、“前端脊线突出度”、“尾端脊线突出度”、“两侧顶突出度”、“两侧边突出度”、“滑轮沿中线位置”、“滑轮与滑轮槽尺寸”，这10个外观局部特征满足：随着变量参数的变化会有明显的视觉差异、不会受其他特征变化的影响、便于理解；
50.步骤4.2：为选定的10个外观局部特征建立打分机制，将鼠标不同外观局部特征的视觉效果转化为具体的数值，量化特征的视觉差异，如图4所示；
51.步骤4.3：邀请20位各行业人员参与问卷调查，在对他们做出了鼠标局部外观特征与打分机制的解释说明后，生成的800个三维模型被平均展示给20位参与人员进行局部特征的打分，记录并统计每个三维模型的外观局部特征的得分；
52.步骤4.4：将每个三维模型外观局部特征的得分与对应的变量参数整合，通过灰度关联分析的方法，得到31个变量参数与10个外观局部特征的关联矩阵，设置关联度阈值，得到每个外观局部特征的关联参数，每一个外观局部特征的变化都是对应关联参数的取值变化引起的，至此，鼠标的10个外观局部特征的关联参数都已确定，关联情况如表2所示。
[0053][0054]
表2关联参数及灰度关联值
[0055]
步骤5：通过生成式交互流程得到最终设计方案，具体包括如下步骤：
[0056]
步骤5.1：根据每个外观局部特征关联参数的数量，由多到少将所述10个外观局部特征进行排序。
[0057]
步骤5.2：通过拉丁超立方采样在设计空间中随机生成50个采样点，并通过三维绘图软件solidworks的宏功能快速绘制其对应的三维模型作为初始集510。
[0058]
步骤5.3：在初始集510中选择一个较为满意的采样点511作为候选解。
[0059]
步骤5.4：按照重新排列后的顺序，从关联参数数量多的外观局部特征开始，依次选择候选解511需要更改变化的外观局部特征，这里依次选择了“前端高度”、“前端脊线突出度”、“尾端脊线突出度”、“前端两侧延展度”、“滑轮沿中线位置”共5个外观局部特征需要更改变化，它们关联的参数数量分别为10、6、6、3、2。
[0060]
步骤5.5：针对选中的第一个外观局部特征“前端高度”，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解511作为中心，改变外观局部特征“前端高度”对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集520，在生成的候选集520中选择一个较为满意的采样点521作为新的候选解。
[0061]
步骤5.6：针对选中的第二个外观局部特征“前端脊线突出度”，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解521作为中心，改变外观局部特征“前端脊线突出度”对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集530，在生成的候选集530中选择一个较为满意的采样点531作为新的候选解。
[0062]
步骤5.7：针对选中的第三个外观局部特征“尾端脊线突出度”，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解531作为中心，改变外观局部特征“尾端脊线突出度”对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集540，在生成的候选集540中选择一个较为满意的采样点541作为新的候选解。
[0063]
步骤5.8：针对选中的第四个外观局部特征“前端两侧延展度”，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解541作为中心，改变外观局部特征“前端两侧延展度”对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集550，在生成的候选集550中选择一个较为满意的采样点551作为新的候选解。
[0064]
步骤5.9：针对选中的第五个外观局部特征“滑轮沿中线位置”，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解551作为中心，改变外观局部特征“滑轮沿中线位置”对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集560，在生成的候选集560中选择一个较为满意的采样点561作为最终解。
[0065]
步骤5.10：至此，经过一系列的交互式设计过程，得到了鼠标外观的最终设计方案561。
[0066]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，包括，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：选定设计对象，建立符合外观特征的参数化三维模型；步骤2：定义外观多样性的设计空间；步骤3：通过采样技术在设计空间中生成样本集；步骤4：建立外观局部特征与设计参数的关联机制；步骤5：通过生成式交互流程得到最终设计方案。2.根据权利要求1所述的一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，其特征在于，步骤2具体操作如下：步骤2.1：将建模设计的参数划分为常量参数与变量参数；步骤2.2：将常量参数舍弃，保留变量参数，保留的变量参数之间是相互独立的；步骤2.3：定义变量参数的取值范围，保证变量参数的取值是可行的并处于合理的范围内；所述变量参数与其对应的取值范围，组成了设计对象的外观多样性的设计空间。3.根据权利要求2所述的一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，其特征在于，步骤3包括如下步骤：步骤3.1：步骤2.3中得到的所述设计空间，在变量参数的取值范围内，通过拉丁超立方采样的方法生成大量的采样点，这些采样点代表了不同的参数化设计方案；步骤3.2：根据得到的采样点，借助三维绘图软件绘制对应的三维模型，这样每一个三维模型都对应了一组具体的变量参数。4.根据权利要求3所述的一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，其特征在于，步骤4的操作步骤如下：步骤4.1：根据设计对象，定义并筛选出若干个具有代表性的外观局部特征，这些外观局部特征需要满足：随着变量参数的变化会有明显的视觉差异、不会受其他特征变化的影响、便于理解；步骤4.2：根据定义的若干个外观局部特征，建立1～10分的打分机制，将外观局部特征的视觉效果转化为具体的值，量化特征的视觉差异；步骤4.3：邀请多位业人员参与问卷调查，问卷形式为：将所述步骤3.2中建立的三维模型展示给问卷调查参与者，问卷调查参与者通过所述步骤4.2的打分机制对三维模型的所述若干个外观局部特征进行打分，记录并统计各三维模型的所述外观局部特征的得分；步骤4.4：通过灰度关联分析的方法，将所述步骤4.3中得到的三维模型的外观局部特征得分与三维模型对应的变量参数建立关联，设置关联度阈值，得到影响每个所述外观局部特征的变量参数，至此，每一个所述外观局部特征的关联参数都已明确。5.根据权利要求4所述的一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，其特征在于，步骤5包括如下步骤：步骤5.1：根据关联参数的数量，将所述外观局部特征进行排序；步骤5.2：通过拉丁超立方采样生成一组采样点并建立对应的三维模型作为初始集；步骤5.3：在所述步骤5.2的初始集中选择一个较为满意的采样点作为候选解；步骤5.4：按照所述步骤5.1中的排序，依次选择所述候选解需要更改变化的外观局部特征；
步骤5.5：针对选中的第一个外观局部特征，通过拉丁超立方采样的方法，以候选解作为中心，改变第一个外观局部特征对应的变量参数，生成一组采样点并建立对应的三维模型作为候选集，在生成的候选集中选择一个较为满意的采样点作为新的候选解；步骤5.6：同所述步骤5.5，依次处理选中的需要更改变化的外观局部特征，最后得到的候选解即为最终设计方案。

技术总结
本发明公开了一种针对产品外观多样性的生成式交互设计方法，涉及人机交互领域。步骤1：选定设计对象，建立符合外观特征的参数化三维模型；步骤2：定义外观多样性的设计空间；步骤3：通过采样技术在设计空间中生成样本集；步骤4：建立外观局部特征与设计参数的关联机制；步骤5：通过生成式交互流程得到最终设计方案。通过将外观局部特征与变量参数关联，降低了设计空间的维度，实现了复杂高维度参数化设计的降维，简化了设计过程，提升了设计效率。采用交互式与生成式结合的设计方法，在保证设计结果多样性的同时，即使是非专业的设计人员也可以通过自己的探索得到满意的外观设计方案。通过自己的探索得到满意的外观设计方案。通过自己的探索得到满意的外观设计方案。


技术研发人员：张雷 李子琦 郑雨 宣言
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/9/22